Následující popis by měl předvést způsob komunikace jednočipu s CompactFlash kartou v true IDE módu. CF v tomto režimu by měla být plně zaměnitelná za pevný disk s IDE rozhraním, takže stejným způsobem lze ovládat HDD.

Na obrázku je naznačeno rozmístění pinů na CF kartě a v tabulce jejich názvy. Rozteč pinů u CF je v 1,27x1,27mm. Konektory pro CF karty jsou celkem drahé. Koupit je lze třeba u firmy Omnitron.

Významy pinů uvádím jen u těch, co jsou potřebné pro true IDE mód.

Funkce pinů jsou stejné jako u CF. Přibyly pouze signálu DMAx, které se uplatňují pouze při DMA přenosech, což s jednočipem nehrozí.

Veškeré operace s CF/HDD se provádí pomocí těchto registrů. Příslušný registr se volí pomocí adresových vodičů A0-A2 a CS0 a CS1. Kromě datového registru, který má 16 bitů, jsou všechny ostatní 8-bitové a používají se jen signály D0-D7. D8-D15 jsou ignorovány. V tabulce jsou uvedeny adresy jednotlivých registrů.

A teď trochu podrobněji k jednotlivým registrům. Nebudu popisovat úplně všechny, pouze ty nejdůležitější.

Tento registr slouží pro zápis a čtení dat z/do interního datového bufferu. Je to jediný registr, který je 16-bitový.

Tento registr slouží k zadání počtu sektorů, které se budou zapisovat zároveň. Po každém úspěšném zápisu je hodnota snížena o 1. Registr může obsahovat hodnoty 0-255, přičemž 0 znamená 256 sektorů najednou. První ze skupiny sektorů je zapsán na adresu danou registry Sector number, Cyl. low, Cyl. high a Drive/head registrem. Nevím sice jak se adresa mění při CHS adresování, ale v LBA módu se jednoduše inkrementuje.
Ve skutečnosti se nezapisuje/nečte víc sektorů najednou, ale vždy se jeden nahraje do bufferu a pak zapíše a pak zase další. Jediná výhoda je, že není třeba znovu zadávat adresu zápisu.

Tento registr udává číslo sektoru pro zápis/čtení v CHS módu nebo v LBA módu obsahuje část adresy (bity A0-A7).

V CHS módu je to nižších 8 bitů z 16-bitového čísla cylindru (stopy). V LBA módu je to další část adresy, a to bity A8-A15.

V CHS módu je to vyšších 8 bitů z 16-bitového čísla cylindru (stopy). V LBA módu je to další část adresy, a to bity A16-A23.

V CHS módu nižší 4 bity udávají číslo hlavy (povrchu plotny). V LBA módu jsou nižší 4 bity poslední část adresy, a to bity A24-A27. Významy vyšších 4 bitů jsou v tabulce.

Vyšší 4 bity tohoto registru musí být obnoveny před každou instrukcí, protože mimo jiné určují, pro které ze 2 zařízení na sběrnici je příkaz určen!

Obsahuje některé stavové bity. Význam je uveden v tabulce. Je to jediný registr, ke kterému lze přistupovat během interních operací. Pokud je aktivní BUSY flag, tak neplatí žádný jiný bit !!!

Původní funkci toho to registru neznám, ale u dnešních zařízení se dá použít jen jako parametr pro instrukci EFh - Set Features.

Příkazový registr. Vykonávání daného příkazu začíná hned po zápisu do tohoto registru. Seznam a popis jednotlivých příkazů je v další kapitole.

Opět nehodlám popisovat všechny příkazy a jejich paramentry, protože je jich opravdu hodně, ale pouze ty nejnutnější. Podrobný popis naleznete v některé oficiální dokumentaci k ATA (pár set stran). Před každým příkazem je třeba nastavit bit MASTER/SLAVE v Drive/Head registru !!!

Před každým použitím této instrukce se musí znovu nastavit registry Drive/Head, Cylindr low a high, Sector number a Sector count! Ihned po zapsání této instrukce se do bufferu načte příslušný sektor (u HDD se musí čekat na nastavení stopy a "podtočení" plotny pod hlavičky). Během této chvíle je nastaven příznak BUSY. Hned po načtení dat do bufferu je BUSY příznak vynulován a nastaví se příznak DRQ. Teď už je možné přečíst 256 wordů (512B) z bufferu. Po přečtení všech 512B dat je DRQ vynulován.
Pokud byl registr Sector count nastaven na větší počet sektorů než 1 a ještě nebyly všechny přečteny, znovu se nastaví BUSY flag a načítá se další soktor. Pak je opět nastaven bit DRQ a můžou se číst data. Takto se pokračuje dokud nejsou přečteny všechny sektory - dokud se hodnota Sector count registru nerovná 0. Přečíst se musí vždy všech 512B. Po vykonání instrukce je opět nastaven bit Drive ready ve status registru.

Před každým použitím tohoto příkazu se musí znovu nastavit registry Drive/Head, Cylindr low a high, Sector number a Sector count! Ihned po zapsání instrukce je nastaven příznak DRQ, který indikuje připravenost CF/HDD přijmout do bufferu 512B dat. Po naplnění bufferu je DRQ příznak vynulován, a po dobu vlastního zápisu je nastaven BUSY příznak.
Pokud se zapisuje větší počet sektorů najednou, tak se po zapsání (u HDD většinou do cache, takže je zápis velmi rychlý) opět nastaví DRQ bit a je možné zapsat další sektor do bufferu. Takto se pokračuje do nulové hodnoty Sector count registru.

Identifikace zařízení. Po zapsání příkazu se buffer naplní 512B identikačních údajů. Postup čtení je stejný jako u instrukce 20h (čtení sektoru). V tabulce jsou uvedeny některé informace ubsažené v identifikačním "sektoru".

Jsou to příkazy pro řízení spotřeby. Mají význam především pro HDD.

Slouží k nastavení parametrů CF/HDD. Před použitím tohoto příkazu se nejdřív musí zapsat jeho parametr do Features registru. Několik z mnoha možných paramtrů je uvedeno v tabulce.

V 8-bitovém režimu se přenáší data pouze vodiči D0-D7 a word je přenášen nadvakrát. Dříve to uměly i pevné disky, ale dnes už ne (některé typy možná ano). Problém ale je, že tento režim údajně už nepodporují ani některé CF karty, takže jsem se jím vůbec nezabýval. Podrobný popis 8-bitového režimu a dalších Features parametrů pro CF i HDD naleznete v některé oficiální ATA dokumentaci.

Nastaví fyzickou geometrii HDD. U většiny HDD je tento příkaz naprosto nezbytný a musí se provést před prvním čtením/zápisem sektoru. Má 2 parametry. Prvním z nich je registr Sector count, do kterého se musí nahrát počet sektorů na stopu (cylindr). Druhý parametr je registr Drive/Head. Do části Head (nižší 4 bity) se musí nahrát počet hlav zmenšený o 1! V horní půlce tohoto registru se musí nastavit, stejně jako u každého jiného příkazu, bit MASTER/SLAVE. Obě hodnoty se musí přečíst z Identifikačního bloku (příkaz ECh). Po nastavení parametrů se použije příkaz EFh.

První možnost je CHS - Cylinder-Head-Sector adresování. Je to dost stará a nepraktická metoda. Původně byla vyvinuta pro diskety. Jde vlastně o fyzické adresování HDD. Pomocí registrů se zvolí hlava (povrch plotny), stopa na plotně (cylindr) a nakonec sektor, což je výseč každé stopy. Původní CHS omezoval hodnoty C/H/S na 1024/16/63. Za předpokladu, že 1 sektor má 512B, může být adresována maximálně kapacita 1024*16*64*512=504MB. Tuto limitaci sice odstranil nový bios, ale princip zůstal zachován. Sektory se počítají od 1 místo od 0, také se zbytečně složitě nastavují adresy - nelze jednoduše uložit adresu do 1 proměnné, ale musí být rozdělěná do C/H/S. Každý disk má navíc různé počty C/H/S, takže i obyčejná inkrementace adresy je relativně komplikovaná (rozhodně složitější než u LBA). I přes to je z důvodů kompatibility tento mód podporován i na nových discích. U disků ale už dávno není konstantní počet sektorů na stopu (neúsporná metoda), takže si řadič CHS adresu přepočítává stejně jako LBA a s fyzickým adresováním už dnes CHS nemá nic společného.
Druhou a mnohem lepší metodou je LBA adresování - Logical Block Adressing. U tohoto způsobu adresování tvoří registry Cylinder, Sector a Head (Dive/Head) dohromady jedno 28-bitové číslo, které vybírá jeden sektor. Řadič disku si LBA adresu sám přepočte na fyzické adresování CHS. Při velikosti sektoru 512B může být adresována kapacita až 512*2^28=128GB. Pro vyšší kapcity se používá 48-bitové LBA, ale tím jsem se nezabýval - pro jednočipy by 128GB mohlo stačit. Výhoda tohoto systému je jasná - celou adresu lze uložit do jedné proměnné a stačí kontrolovat maximální číslo sektoru podle velikosti HDD.

Pro všechny ukázkové programy bude společné toto univerzální schéma. Jako MCU jsem zvolil ATmega32 z řady AVR. Tento typ jsem vybral, protože je největší z řady AVR v pouzdře DIL. Pro experimenty s IDE je vhodný díky velké rychlosti (až 16MHz), ale hlavně díky své relativně velké RAM - 2kB. Bez problému se tak dá pracovat s několika sektory najednou. Do zapojení, jsem ale pro složitější experimenty přidal ještě statickou RAM o velikosti 512kB (lze ji koupit u GME). Její adresování je provedeno přes rozšiřující registry IC2 a IC3. Ty adresují mimo SRAM také vývody pro výběr registrů řadiče HDD/CF A0-A2. Vývody CS0 a CS1 jsou zapojeny fixně na GND a +5V, protože s tímto zapojením je možné bez problému přistupovat ke všem potřebným registrům. Vývod Reset je nevyužit a je připojen na +5V. Jěště jsem se nesetkal se HDD/CF, který by reset k funkci potřeboval. LED připojená na vývodu DASP indikuje interní operace HDD/CF. Díky oddělení adres řadiče je možné PORTA použít rovněž jako datový a komunikovat tak s IDE zařízením 16-bitově. Dále jsem do zapojení přidal LCD 2x20 znaků pro přímé zobrazování některých údajú. Poslední součástí je převodník MAX232 pro přenášení většího množství dat do PC rychlostí až 115,2kbd. Pro rychlejší přenosy ho lze nahradit USB/UART převodníkem FT232BM, který spolu s ATmega32 na 16MHz zvládne přenosovou rychlost až 2Mbd.

Ihned po zapnutí napájení musí MCU nastavit piny IOWR a IORD do log.1. Především signál IORD by mohl způsobit nemalé problémy. Pokud by zůstal v log.0, tak je výstup IDE zařízení aktivní a může se dostat do konfliktu s dalším zařízením na sběrnici. Jednou po nepovedeném programování se mi díky tomu málem upekla CF karta i s MCU.
Po zapnutí napájení před první instrukcí by se mělo čekat na vynulování "busy"